Закон сохранения энергии

Рассмотрим пример превращения механической энергии при падении тела, принимаемого за материальную точку, с высоты hнад поверхностью Земли. В начале падения скорость телаV₀=0, кинетическая энергияW_к=0, потенциальная энергия егоW_п=mgh(при малом перемещении изменением ускоренияgсилы тяжести можно пренебречь).

В момент падения на Землю тело имеет скорость - (см. 2.3) и кинетическую энергию:

Таким образом, кинетическая энергия тела при падении оказалась равной его потенциальной энергии до начала падения (сопротивление воздуха не учитываем). При этом потенциальная энергия на поверхности Земли (h=0)W_n=0,W_к=max. В начале паденияW_к=0,W_n=max. Во всех промежуточных точках сумма

W_к + W_n = const (2.24)

Формула (2.24) выражает закон сохранения энергии в механике. Сумму кинетической и потенциальной энергии называют полной механической энергией. Поэтомузакон сохранения энергииможно сформулировать так:полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих только консервативными силами, остается неизменной.

Законы сохранения энергии и импульса тел – фундаментальные законы природы.

Закон сохранения энергии выполняется не только в механике, он имеет и более общий смысл: в замкнутой системе тел полная энергия системы количественно остается неизменной. При этом тела могут обмениваться энергией. Например, при торможении поезда часть механической энергии переходит в тепловую. При сгорании топлива химическая энергия частично превращается в тепловую, частично в световую и т.д.

В механизмах и машинах нельзя получить больше работы, чем затрачено энергии. Часть энергии теряется (на преодоление силы трения, обращается в тепло), поэтому полезная работа машины всегда меньше затраченной энергии:

А_n<W_з, и к.п.д.

Другим важнейшим свойством законов природы является свойство симметрии. Оно выражается в равномерности хода времени и означает, что относительная скорость всех процессов в природе постоянна. Равномерность хода времени установлена экспериментально с большой точностью на примере излучения света звездами и земными источниками. Речь идет о всеобъемлющем свойстве природы: все законы природы инвариантны относительно переноса в пространстве (см. также раздел 7).